在人类发展历程中，铁器时代可追溯到公元前1500年的安纳托利亚高原的赫梯人和近东地区，铁器从出现至今，一直伴随着人类文明的进步。炼铁技术的发展带动了工具和武器的进步。早期发现的铁器中含有部分镍，因此被认为主要是由陨铁制造而成。工业革命后，钢铁产业迅猛发展，钢铁材料生产技术不断取得突破。高纯金属的研究开始于19世纪70年代，早期的研究以学术目的为主，提纯金属以揭示其固有属性。
纯铁是指碳质量百分数低于0.0218%的金属材料，其纯度通常用N（N是英文单词nine的首字母）和数字来表示，如含铁量99.95%表示纯铁纯度为3N5，工业上将铁含量介于99.99%-99.999%之间的纯铁（即纯度为4N-5N）称为高纯铁。高纯铁具有良好的延展性、耐腐蚀性以及优良的软磁性能、导热性和导电性等。作为原料，高纯铁可以明显提高钢铁、半导体、非晶等材料的性能和品质；作为材料，高纯铁可制备电磁屏蔽材料、药型罩材料以及抗震阻尼器材料等。
上海大学高性能钢铁材料团队与河北龙凤山新材料科技集团有限公司（原河北龙凤山铸业有限公司）等采用火法冶金工艺试制出了4N级高纯铁，采用区熔法制备了5N级高纯铁，并针对其力学、腐蚀、磁学和导电性能等特性进行了研究。
力学性能
随着应变速率的增加，纯铁的平均屈服强度和抗拉强度逐渐增加。纯度增加，高纯度纯铁的平均抗拉强度和屈服强度在相同的应变速率时低于低纯度纯铁；其中，4N4纯铁的平均屈服强度在应变速率为1.67×10-4s-1时下降到58MPa，远低于传统上对纯铁强度的认知。而且，随着纯度提高，纯铁的屈服强度对应变速率的敏感性增加，见图1。
磁学性能
由图2所示2N8、3N5、4N4纯铁和冷轧晶粒无取向（CRNO）硅钢直流磁滞回线可以看出，4N4纯铁的磁滞回线比2N8、3N5纯铁和CRNO硅钢窄而陡，说明4N4纯铁表现出很好的软磁性能。4N4纯铁晶粒粗大，晶界面积少，磁化阻力小；同时，由于纯度高，杂质元素，尤其是不利于软磁性能的C、Mn等元素含量低，4N4纯铁表现出了最佳的直流软磁性能（最高磁导率和最低矫顽力）。
耐蚀性
电化学阻抗谱和动电位极化结果（图3）表明，3N2-5N2纯铁的纯度越高，腐蚀速率越低。纯铁的腐蚀速率小于普碳钢和耐候钢。观察到的腐蚀行为可能和夹杂物密切相关。纯铁的纯度越高，夹杂物越少，越不易诱发腐蚀萌生。
导电性
金属存在电阻的根本原因在于电子被晶格散射，晶格畸变越严重，电子散射越强，纯铁的电导率越低。纯铁中的缺陷主要有晶界、位错和固溶原子。以Q195、SAE1006和HYT2高纯铁为研究对象，计算其因杂质增加的电阻率分别为86.19nΩ•m、14.45nΩ•m和2.27nΩ•m（见图4），计算得到的最终电阻率分别为183.29nΩ•m、111.55nΩ•m和99.37nΩ•m，与测量值的吻合度较好。HYT2的电阻率实测值为97.5nΩ•m，偏差为1.9%。纯铁的电阻率主要受晶界、位错、空位、杂质和温度等因素影响，如图5所示。当晶粒尺寸超过200nm，可忽略晶界对电阻率的贡献；位错密度很小（1013-1015m-2）时，也可忽略位错对纯铁电阻率的影响。结果表明，随着纯度的升高，杂质元素含量显著降低，电阻率降低。（彭伟郭丽雅 谢港生 董瀚）
